移動測量系統在自動駕駛高精度測圖的工程實踐

翟成森

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250013)

1 引 言

車載移動測量技術是當今測繪界最為前沿的科技之一，通過GPS、慣導系統與激光掃描儀、全景相機等設備進行整合，獲得有精確位置信息的三維點云數據以及全景影像數據。進一步進行數據融合處理后，激光點云與全景影像精確配準，計算出點云所對應全景圖上像點的像素坐標，從而實現具備影像地理參考的可量測全景影像?；诳闪繙y全景影像，可以準確有效地提取高精度電子地圖項目中多需的各類地形地物要素，在高精度電子地圖的應用中具有不可比擬的優勢。

本文將移動測量系統應用于高精度電子地圖工程實踐，對其中涉及的關鍵技術和工作方法進行探討和總結，并對實驗區的數據進行檢驗。

2 移動測量系統

2.1 系統介紹

本文研究的車載移動測量系統采購自北京四維遠見信息技術有限公司，該系統集成了激光掃描儀、組合導航系統、衛星接收機、數碼相機等傳感器，以改裝后全順客車為搭載平臺，改裝后的平臺免拆卸，人工操作自動升降，最大限度減小系統帶來的誤差影響。系統構成如圖1所示。

其系統主要傳感器技術指標如表1所示。

圖1 車載移動測量系統

系統傳感器技術指標 表1

2.2 誤差來源

車載移動測量系統的系統測量誤差主要有：POS定姿定位誤差、激光掃描測距測角誤差和系統集成誤差，這三項誤差受限于系統硬件的工藝水平。在實際運行中具體會有因拐彎、顛簸、建筑物遮擋、基站坐標、與基站距離而產生的誤差，在作業中需著重注意。

3 工程實踐

3.1 測區概況

本文測區選擇山東省泰安市，此區域道路為雙向4車道，路況較好，沒有輔道，交通標線清楚，路邊有路燈、交通標志牌、斑馬線、行車線等，長度大約 20 km。為提高測量精度，此次車載移動測量采用設置基站的方式進行，現場設置一個E級GNSS基準站，整個數據采集過程中采用不大于 40 km/h速度進行。其作業流程主要包括獲取組合導航數據(基站和車載GPS數據，IMU數據)和激光點云數據，激光點云數據預處理以及激光點云數據的生成和提取等。具體作業流程如圖2所示。

圖2 數據處理流程圖

3.2 數據采集及數據解算

為保證采集過程中達到最好的效果，在車載移動測量系統進行采集之前，應提前規劃采集線路，采集中盡量沿著采集規劃線路進行采集。在采集之后，迅速收集基站數據、流動站數據、IMU數據、激光點云文件、多鏡頭相機文件、里程計文件等，在GPS、IMU組合導航計算的基礎上，生成點云數據等成果。如圖3所示。

圖3 生成的點云數據

3.3 高精度電子地圖的快速繪制

本文主要利用北京思維遠見信息技術有限公司研制的SSW系統SWDY軟件進行道路邊線、交通標識線的一鍵提取，然后對提取對象進行人機交互矢量編輯，對提取錯誤或者未提取的對象進行修改和補充，對軟件無法自動提取的交通標志、路燈等桿狀物進行人工矢量編輯，最終完成高精度電子地圖的生產工作。處理完成高精地圖如圖4所示。

圖4 高精度電子地圖

3.4 精度分析

為評定基于車載移動測量系統采集的點云精度，本文中用RTK采集部分交通標線特征點并導入點云數據，比較兩者坐標的差值檢測點云數據的精度，精度檢測情況具體如表2所示。

激光采集數據精度檢測表 表2

續表2

從表2數據可以看出，車載移動測量系統獲得的激光點云數據精度較高，完全能夠滿足厘米級高精度地圖的使用，在實際應用過程中，相比于傳統的測量設備，移動測量系統可以快速安全地完成線性要素的數據采集工作，將大量的外業工作進行轉化為內業工作，在高精度電子地圖中具有重要的應用。

4 移動測量系統觀測成果分析與比較

4.1 基站與CORS方式對比

移動測量系統在進行作業時除利用架設基站之外，還可以使用CORS來進行測量，不同的是，CORS的采樣間隔為 1 s，且不需要專人看守基站，而架設基站可以根據需要進一步提高數據精度，縮短采樣間隔時間(本次實驗采用采樣間隔為 0.1 s)，且需要專人值守。為進一步比較對采用基站與CORS的作業方式，本次實驗CORS網最鄰近基站方圓 15 km之內，采用架設單基站方式作業區域為單基站方圓 15 km區域，進行解算，并與RTK實測數據進行對比，分析兩者的平面、高程的差值，結果如表3所示。

基站與CORS數據的對比分析 表3

由表3可以看出，采用CORS方式采集數據精度比使用基站方式精度稍差，但是也能滿足厘米級別，基本符合高精地圖的需要。

4.2 移動測量與RTK實測工效方面的比較

在當前大規模數據生產的壓力下，工效的對比是最直接的因素，在達到自動駕駛高精度電子地圖生產需要的基礎上，我們需要對車載移動測量系統與傳統GPS-RTK測量的工作效率進行對比，了解兩者在時間效率上的關系，根據生產實際，GPS-RTK測量一個作業組一般兩個人，外加一部車和一位駕駛員。移動測量則主要實際看基站一人，數據采集兩人，一名駕駛員。兩者詳細對比情況如表4所示。

車載移動測量系統與GPSRTK工效對比關系(以20 km為計算標準) 表4

在實際工作中，移動測量車在外業工作中采集的數據量較多、較大，在內業數據計算方面耗費的時間較長，但結合SWDY系統的道路附屬標線的自動提取功能，再進行矢量編輯的時候可以省一些時間，總體上內業比RTK測量直接編輯要用的時間較少。通過表4我們也可以看出，在這種線狀高精度電子地圖的采集方面，移動測量系統比傳統RTK采集方式工效至少提高5倍以上。

5 結 語

車載移動系統具有高精度、高效率的特點，它所獲取的數據能夠適應自動駕駛高精度導航高精度電子地圖的需要，本文通過工程實踐，詳細說明車載移動系統應用于高精度電子地圖的生產的可能并進行精度評定，同時針對傳統RTK測圖方式與移動測量系統測圖方式進行對比，從人力、數據量、工效等方面進行對比，事實證明，移動測量系統能夠滿足自動駕駛高精度地圖生產的需要且具有較高效率。